JP3662175B2 - 角型電池の防爆構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、角型電池の防爆構造に関するもので、より具体的には、缶底に切溝を設けることによって薄肉部を形成し、この薄肉部が電池内部の異常な圧力上昇によって破断するようにした角型電池の防爆構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、角型電池はその形状的要因から円筒型電池に比べ強度が低く、内部圧力の上昇によって膨らみ易いため防爆弁の作動タイミングが円筒形電池に比べて遅れる傾向にある。そのため、弁の作動圧を円筒形電池よりも低くすることによって作動タイミングの遅れを少なくすることが考えられている。
【０００３】
このため、従来の角型電池では特開平１−３０９２５３号公報、特開平１１−１８５７１４号公報に示されているように、切溝を缶底部中央の沿って形成するととものその両端から外方に向けて９０゜の角度でＶ字形或いはＵ字形に形成したものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の内圧の異常な上昇は、電池の過充電や誤使用による場合以外にも、電池缶に外部から不測の外力が加わって電池缶が押し潰されるように圧縮変形（圧縮破壊）し、正極と負極がセパレーターを突き破って短絡した場合にも生する。そして、この時の電池の内圧は圧縮破壊後に急激に上昇するので、この内圧を迅速に外部に放出するための安全弁機構が必要とされている。
【０００５】
ところが、従来の角型電池の防爆構造は主に電池の過充電や誤使用に対応することに主眼がおかれ、この圧縮破壊時の防爆対策にはあまり注意が払われていないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池の過充電や誤使用などによる内圧の異常な上昇に応じて作動すると共に電池の圧縮破壊時に、電池の外形変形に素早く反応し、圧縮変形とほぼ同時に作動する角型電池の防爆構造を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明によれば、角型電池の缶底部に所定の形状、位置に薄肉部の溝Ａと溝Ｂを形成する。具体的には、角型電池の缶底外表面に長手方向中心線Ｓに沿って溝Ａを形成し、該溝Ａの両端より内側において該溝Ａと交わり該中心線Ｓに対して対称となる溝Ｂを該缶底の短辺側に向けて開き角度θが１２０゜〜１６０゜（ 120 °≦θ≦ 160 °）となるように形成する。
【０００８】
このように溝Ａと溝Ｂとが交差し、各交点からは放射状に４本の溝が形成されていることになるので、この交点において応力が集中し、電池内圧が過充電や誤使用により所定の圧力以上に上昇したときに、防爆口を形成しやすい。また、このため薄肉部の肉厚を薄くする必要性が緩和され、加工コストの低減も期待できる。
【０００９】
そして、角型電池に外部からの圧縮力が作用して缶が圧縮変化を開始すると、缶底は溝Ａのラインに沿って折り畳まれるように変形し、そのため溝Ｂの長手方向に対して対称となる引張り応力Ｉが溝Ｂのラインに集中して働く。これによって前記溝Ｂの薄肉部が容易に破断して防爆口が形成される。
【００１１】
また、更に好ましくは、前記溝Ａの距離Ｌを缶底の長手方向の距離Ｍより短くまた該距離Ｍから短手方向の距離Ｗを引いた距離以上（Ｍ―Ｗ≦Ｌ＜Ｍ）とし、更には前記溝Ａと前記溝Ｂの交点Ｐ、Ｐ'間の距離Ｋを該溝Ａの距離Ｌより短くまた前記長手方向の距離Ｍから短手方向の距離Ｗに１．２倍したものを引いた距離以上（Ｍ―1.2Ｗ≦Ｋ＜Ｌ）とすることで、これにより溝Ａの長さが所定量確保され、圧縮破壊時に缶底部が中心線に沿って折り畳まれるのを容易にする。
【００１２】
また、好ましくは、前記点Ｐ及び点Ｐ'を越えて外方に延長する前記溝Ａのそれぞれの距離を前記点Ｐ及び点Ｐ'からそれぞれ外方に開いた前記溝Ｂの各辺の長さとほぼ同程度とすることである。
【００１３】
これによって、電池缶に異常な圧縮力が加えられた場合、電池缶はその底部の中央に形成された溝Ａに沿って折り畳まれやすく、この折畳みによって溝Ｂが開く方向に引っ張られて破断し、防爆口を容易に形成する。
【００１４】
また、前記溝Ａ及びＢを形成した缶底の薄肉部分の肉厚を０．０７〜０．１２ｍｍとすることで、溝Ａ、Ｂの形成が比較的容易で、前記防爆口を所定の圧力で確実に形成することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の角型電池の防爆構造について、本発明の実施態様を示す図面を参照にして説明する。
【００１６】
本発明の防爆構造は角型の電池缶の外底部に切溝を刻設することによって形成される。具体的には、図１に示すように、角型電池の缶底外表面Ｅの長手方向中心線Ｓ上に沿って溝Ａを形成する。この溝Ａの距離Ｌを缶底の長手方向の距離Ｍより若干短く形成することで、この溝Ａの距離Ｌは、少なくとも、缶底の長手方向の距離Ｍから缶底の短手方向の距離Ｗを引いた距離以上（Ｍ―Ｗ≦Ｌ＜Ｍ）とする。また、前記溝Ａの両端より内側の点Ｐ及び点Ｐ'において溝Ａと交わり中心線Ｓに対して対称に形成された溝Ｂを形成する。この溝Ｂは缶底の短辺側に向けて鈍角以上の角度で開き、好ましくはその開き角度θが１２０゜〜１６０゜（120°≦θ≦160°）となるように形成することである。
【００１７】
また、好ましくは、点Ｐ及び点Ｐ'を越えて外方に延長する溝Ａのそれぞれの距離は点Ｐ及び点Ｐ'からそれぞれ外方に開いた溝Ｂの各辺の長さとほぼ同程度とすることである。これによって電池缶に異常な外力がかかった場合に缶底部がその中心線である溝Ａに沿って折れ畳まれやすくなる。
【００１８】
溝Ａと前記溝Ｂの二つ交点Ｐ、Ｐ′間の距離Ｋは溝Ａの距離Ｌより短くまた長手方向の距離Ｍから短手方向の距離Ｗに１．２倍したものを引いた距離以上（Ｍ―1.2Ｗ≦Ｋ＜Ｌ）とすることで、また溝Ａ及びＢを形成した缶底の薄肉部分の肉厚は０．０７〜０．１２ｍｍとすることである。
【００１９】
図２に示された幅Ｇの角型電池に図３に示すように外部からの圧縮力Ｆが作用すると、缶が圧縮変化を開始する。そのとき缶底は溝Ａのラインに沿って折り畳まれる形で変形し（幅Ｈ）、そのため図中矢印の引張り応力Ｉが溝Ｂのラインに集中して作用し、図４に示すように前記溝Ｂの薄肉部が破断して防爆口Ｊが形成される。
【００２０】
＜実施例1＞
電池のステンレス缶の底部に図１に示す形状の溝加工（溝Ａは缶底の幅Ｍの両端近くまで達し、溝Ｂの開き角度θ＝1４０°、薄肉部厚みＤ＝０.０７ｍｍ）を施した。こうして作製した角型電池を図３に示す方向にプレス機で圧縮すると、缶厚みＨが初期缶厚みＧの１/２になるまで圧縮された結果、角型電池が破裂することなく図４に示す開口部Ｊが形成された。
【００２１】
次に、上記の実験で溝Ｂの開き角度θをどのように変化させると開口部が容易に形成されるかについて調べた。
【００２２】
＜実施例２＞
ステンレス缶の底部に溝Ｂの開き角度θ＝１２０°で図１に示す形状の溝加工を施したこと以外は実施例１と同様な電池を作製した。
【００２３】
＜実施例３＞
ステンレス缶の底部に溝Ｂの開き角度θ＝１６０°で図１に示す形状の溝加工を施したこと以外は実施例１と同様な電池を作製した。
【００２４】
＜比較例１＞
ステンレス缶の底部に溝Ｂの開き角度θ＝９０°で図１に示す形状の溝加工を施したこと以外は実施例１と同様な電池を作製した。
【００２５】
＜比較例２＞
ステンレス缶の底部に溝Ｂの開き角度θ＝１８０°で図１に示す形状の溝加工を施したこと以外は実施例１と同様な電池を作製した。
【００２６】
上記実施例２及び３、また比較例１及び２の角型電池に対して実施例１と同様なプレス機で同じ圧縮力をかけた。その結果を下の表１に示す。
【００２７】
【表１】
表１の結果から、溝Ｂの開き角度は１２０゜〜１６０°の範囲内に設定すると開口部Ｊ（防爆口）が確実に形成されることが判明した。
【００２９】
溝Ａは折り目の形成を誘導し、溝Ｂは開口部Ｊの形成を誘導する。溝Ｂの開き角度θが１２０°未満だと、溝Ａに折り目が形成されやすいが、引張り応力Ｉにより溝Ｂを開口させにくい。また溝Ｂの角度θが１６０°を越えると折り目が形成されにくくなった。それ故、効率よく溝Ａに沿って折り曲げて、溝Ｂを開口させるための開き角度θとしては１２０゜以上で１６０°以下（120°≦θ≦160°）が好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明の防爆構造によれば、角型電池の缶底外表面に長手方向中心線Ｓに沿って溝Ａを形成し、該溝Ａの両端より内側において該溝Ａと交わり該中心線Ｓに対して対称となる溝Ｂを該缶底の短辺側に向けて開き角度θが１２０゜〜１６０゜（ 120 °≦θ≦ 160 °）となるように形成してなるので、圧縮破壊時に生じる急激な内部圧力の上昇に確実に対応することができる。
【００３１】
また、電池の過充電や誤使用によって内部圧力が異常に上昇した場合にも、溝Ａと溝Ｂとが交差し、各交点からは放射状に４つの溝が形成されていることになるので、この交点において応力が集中し、防爆口を形成しやすく、薄肉部の肉厚を薄くする必要性が緩和され、加工コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る角型電池缶底部の防爆用溝形状を示す平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施態様に係わる電池の缶底部を含めた全体を示す斜視図であり、（ｂ）は底部の溝を拡大して模式的に示す平面図である。
【図３】（ａ）は電池に外部の異常な圧力Ｆが加えられた状態を示す斜視図であり、（ｂ）はそのときに底部に加えられる応力Ｉの方向を模式的に示す平面図である。
【図４】（ａ）は電池に破壊圧力が加えられたときの状態を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はそのときに底部に防爆開口が示された状態を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
Ａ 溝
Ｂ 溝
Ｅ 缶底外表面
Ｆ 圧縮力
Ｇ 初期缶厚み
Ｈ 圧縮時缶厚み
Ｉ 引張り応力
Ｊ 開口部
Ｋ 点ＰとＰ'間の距離
Ｌ 溝Ａの距離
Ｍ 缶底長手方向の距離
Ｐ，Ｐ' 溝Ａと溝Ｂの交点
Ｓ 缶底長手方向の中心線
Ｗ 缶底短手方向の距離
θ 溝Ｂの開き角度
Claims (1)
- 角型電池の缶底外表面に長手方向中心線Ｓに沿って溝Ａを形成し、該溝Ａの両端より内側において該溝Ａと交わり該中心線Ｓに対して対称となる溝Ｂを該缶底の短辺側に向けて開き角度θが１２０゜〜１６０゜（ 120 °≦θ≦ 160 °）となるように形成してなることを特徴とする角型電池の防爆構造。
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